Alta disponibilidad, fiabilidad operativa y rentabilidad gracias a la supervisión permanente de la corriente diferencial

Alta disponibilidad, fiabilidad operativa y rentabilidad gracias a la supervisión permanente de la corriente diferencial

La alta disponibilidad y fiabilidad de las fuentes de alimentación en edificios industriales y funcionales es un factor decisivo para la rentabilidad y la productividad. Las interrupciones inesperadas, los fallos de funcionamiento y los problemas de compatibilidad electromagnética cuestan tiempo y dinero. Por tanto, es importante supervisar de manera permanente las fuentes de alimentación en el contexto del mantenimiento preventivo. Los modernos sistemas de monitorización de corriente diferencial (RCMS) detectan fallos de aislamiento graves en una fase temprana y permiten al operador de una instalación técnica localizar y subsanar rápidamente el fallo antes de que se produzca una avería o una parada repentina de todo el sistema.

Además, en las comprobaciones recurrentes se aprovecha el ahorro potencial según la norma alemana de prevención de accidentes DGUV 3 y el reglamento alemán de seguridad operacional (BetrSichV).

Este artículo mostrará soluciones prácticas de una innovadora monitorización de corriente diferencial para garantizar la fiabilidad operativa de instalaciones eléctricas modernas en zonas altamente sensibles mediante el mantenimiento preventivo. Una inversión que vale la pena.

Dentro de las instalaciones y equipos eléctricos fijos, los sistemas de monitorización de corriente diferencial (RCMS) ofrecen una posibilidad óptima de evaluar permanentemente la degradación del aislamiento. Las corrientes diferenciales medidas se pueden asignar claramente a los respectivos circuitos y consumidores individuales. Es posible realizar una evaluación del estado técnico de seguridad de la instalación.

Medición de la resistencia de aislamiento y/o de la corriente diferencial en sistemas eléctricos

Las ventajas de estos métodos de medición residen sobre todo en la prevención: esto se debe a que estas mediciones pueden llevarse a cabo de forma continua y proporcionan, en una fase temprana, los valores medidos necesarios para la evaluación técnica de seguridad del sistema eléctrico. En términos de seguridad eléctrica, en particular de los equipos eléctricos, que deben tener una alta disponibilidad, o de los sistemas en los que es difícil medir la resistencia del aislamiento por razones técnicas, este método de medición ofrece muchas ventajas para el funcionamiento práctico.

No obstante, la aplicación de estos métodos de medición no exime en modo alguno de la obligación de realizar ensayos periódicos de las instalaciones y equipos eléctricos de conformidad con la norma 3 de la DGUV, por ejemplo, mediante la inspección, el control de la continuidad de los conductores de protección y de conexión equipotencial y de la eficacia de las condiciones de desconexión.

En § 10 del reglamento alemán de seguridad operacional (BetrSichV) vigente en la actualidad se exige la realización de una comprobación similar. De acuerdo con la evaluación de riesgos según § 3 del BetrSichV, el tipo, el alcance y los intervalos de las comprobaciones necesarias deben determinarse, en particular, para los equipos de trabajo. Los defectos y los daños deben detectarse a tiempo mediante estas comprobaciones. No se especifica detalladamente cómo debe llevarse a cabo esta comprobación. El responsable debe definir las medidas necesarias y los intervalos de comprobación, con los que se utilizan en la práctica los dispositivos de monitorización de corriente diferencial.  

Técnica de medición de dispositivos de monitorización de corriente diferencial (RCM)

La función de un dispositivo de monitorización de corriente diferencial (RCM) (figura 1) es vigilar una instalación eléctrica o un circuito para detectar la aparición de una corriente diferencial e indicar mediante una alarma si esta supera un valor especificado [DIN EN 62020 (VDE 0663):2005-11].

Una ley fundamental de la electrotecnia, el primer teorema de Kirchhoff, establece que la suma geométrica de las corrientes en un circuito eléctrico es igual a cero. Como se muestra en la figura 2, I1 es igual a I2 en una red libre de fallas.

Si como consecuencia de un fallo de aislamiento se produce una corriente de falla IΔ que fluye a través del cuerpo o la tierra, entonces, de acuerdo con el teorema de Kirchhoff:     

I =I1 – I2

Con el sistema RCMS460, que mide 12 canales True RMS y es universal, se pueden medir corrientes diferenciales de 0 ...2000 Hz y de 6 mA a 20 A durante el funcionamiento y evaluarlas en un intervalo de 180 ms.

El sistema, que está equipado con una pantalla, indica si se han alcanzado o ya se han excedido los valores de respuesta o los tiempos de respuesta preestablecidos. Una memoria de incidencias integrada y la función de registrador de datos almacenan hasta 300 mensajes con el tiempo exacto de fallo. El intercambio de información entre los distintos dispositivos de evaluación y un gateway se realiza a través de una interfaz RS-485. De esta manera, un edificio completo o una sección de alimentación completa se pueden monitorizar permanentemente desde una ubicación central, por ejemplo, un armario de conexiones o una sala de control.

Con la documentación del comportamiento del sistema a lo largo del tiempo, es posible, en el marco de la monitorización permanente de la corriente diferencial, definir períodos de prueba adaptados de acuerdo con la norma 3 de la DGUV y, de este modo, cumplir el objetivo de protección del BetrSichV "Determinación de intervalos de comprobación relacionados con los peligros".

Figura 1: Selección de sistemas de monitorización de corriente diferencial de tipo RCMS460, RCM420 y transformadores de corriente de medición

Figura 2: Fallo de aislamiento en el sistema TN-S

I∆ Corriente diferencial/corriente de falla
I∆n Corriente diferencial de reacción
RF Resistencia al fallo
RL Resistencia de carga
IF Fallo de aislamiento
I1, I2 Corrientes de trabajo
US Tensión de alimentación
PE Conductor protector

Potencial de ahorro gracias a intervalos de comprobación adaptados para la monitorización permanente de la corriente diferencial

Los objetivos de protección de la norma 3 de la DGUV "Instalaciones y equipos eléctricos" con respecto a las comprobaciones recurrentes que deben realizarse se cumplen siempre si se garantiza que los equipos eléctricos no presentan defectos. Además del intervalo de comprobación fijo, las instalaciones eléctricas fijas también pueden ser objeto de una "monitorización continua". En el caso de los equipos eléctricos móviles, en la instrucción de aplicación de la norma 3 de la DGUV, además de hacerse mención a los intervalos de comprobación asignados, se permite ampliar los intervalos de comprobación determinando una tasa de error inferior al 2 %. Según la DGUV, también pueden concebirse otras soluciones técnicas/organizativas si con ellas se garantiza que se ponen a disposición del empleado únicamente medios de trabajo adecuados.

Los métodos de medición de corriente diferencial aquí presentados permiten al técnico electricista (persona cualificada en el sentido del BetrSichV) determinar intervalos de comprobación inequívocos y específicos y establecerlos para aplicaciones concretas. Esta determinación puede incluir una reducción de los plazos de comprobación, así como una ampliación de los intervalos de comprobación. Dependiendo del "grado de solicitación" de los equipos, es posible una comprobación recurrente (determinación de plazos) adaptada a los aspectos económicos y de seguridad.

Las desconexiones, incluso de corta duración, son cosa del pasado gracias al uso selectivo de sistemas de monitorización de corriente diferencial (RCMS). La disponibilidad de un sistema eléctrico aumenta y el coste de la comprobación recurrente de sistemas y equipos eléctricos se minimiza.

Las ventajas

Las ventajas pueden resumirse de la siguiente manera:

Mantenimiento optimizado

  • Monitorización permanente en lugar de la costosa y laboriosa comprobación del sistema según la norma 3 de la DGUV y el BetrSichV en intervalos más largos
  • Los trabajos de mantenimiento pueden llevarse a cabo de forma específica para el sistema
  • Información central sobre cambios en el estado del sistema
  • Gestión moderna de instalaciones mediante diagnóstico remoto a través de Internet/Ethernet.

Mayor fiabilidad operativa / seguridad del sistema

  • Seguridad preventiva para la protección de personas frente a peligros por corriente eléctrica
  • Se minimizan los fallos y las interrupciones operativas inesperadas de dispositivos sensibles
  • Los fallos de aislamiento en sistemas y dispositivos recién instalados se detectan inmediatamente
  • Los sistemas TN-S se monitorizan también con respecto a puentes N-PE no deseados.

Una mayor rentabilidad

  • Sin paradas costosas y no planificadas del sistema
  • Menor necesidad de tiempo y de personal para el mantenimiento
  • Posible ahorro de costes gracias a unas primas de seguros más bajas.

Una seguridad contra incendios más elevada

  • Las corrientes de falla se detectan en su fase de generación
  • Se detecta la sobrecarga de conductores N
  • Se reduce el peligro de incendio en instalaciones eléctricas.

Estructura e instalación de un controlador de corriente residual (RCMS)

En el siguiente capítulo se describe la estructura básica de un sistema RCMS (dispositivo de monitorización de corriente diferencial con transformador de corriente de medición y opción de evaluación y visualización) en una instalación de suministro de energía eléctrica (figura 3-figura 5).

Figura 3: Sistema de monitorización de corriente diferencial en una instalación formada por RCMS460 y transformador de corriente de medición

La estructura básica en la figura 4 muestra la monitorización de circuitos de la alimentación eléctrica con hasta 12 salidas (circuitos). También se muestra el lugar de montaje preferente de los transformadores de corriente de medición necesarios para determinar la corriente de falla y sirve simultáneamente para la localización de fallos (asignación de circuitos).  

Figura 4: Representación esquemática de una monitorización de la alimentación eléctrica de hasta 12 circuitos individuales 

La figura 5 muestra una vista de conjunto con circuitos de alimentación cuyo número máximo está limitado a 1080 circuitos. La selección de los transformadores de corriente de medición se realiza en función de las secciones de cables del circuito que se va a monitorizar. 

Figura 5: Representación esquemática de una monitorización del suministro de corriente de hasta 1080 circuitos individuales

Ejemplos de aplicación

Sistema de monitorización de corriente diferencial RCMS460 en una fuente de alimentación TN-S conforme a CEM, p. ej. en el punto central de conexión a tierra y en subdistribuciones importantes.

Figura 6: Representación esquemática de una monitorización del suministro de corriente

Los valores medidos individuales de los sistemas de monitorización de corriente diferencial se pueden observar fácilmente desde el puesto de trabajo del técnico electricista. Los cambios o las corrientes de falla que se producen en el suministro de corriente monitorizado se visualizan gráficamente y se documentan (figura 7). De este modo, también se puede determinar de manera inequívoca el lugar del fallo/circuito final. 

Figura 7: Evolución en el tiempo de la corriente de falla del circuito 

Comparación de mediciones de resistencia de aislamiento necesarias con una instalación eléctrica monitorizada mediante RCM

En el siguiente apartado se compara la medición convencional de la resistencia de aislamiento de CC y la monitorización de la instalación con sistemas de monitorización de corriente diferencial junto con personal encargado de las pruebas.

Técnica

Desventajas de la medición de aislamiento con tensión de medición de CC Ventajas de mediciones con RCM
Envejecimiento y daños prematuros de varistores por medición de aislamiento con elevada tensión de medición de CC. Los RCM son dispositivos de monitorización de medición pasiva – esta fuente de fallo está excluida.
Una corriente de prueba demasiado alta o demasiado larga puede provocar quemaduras en los relés de protección. Los RCM son dispositivos de monitorización de medición pasiva – esta fuente de fallo está excluida.
Los consumidores que no desconectaron de la red durante la medición del aislamiento pueden resultar dañados. Los RCM son dispositivos de monitorización de medición pasiva – esta fuente de fallo está excluida.
Las partes de la instalación respaldadas por SAI no pueden medirse – no es posible una desconexión. En redes extensas, grandes secciones de conductores y redes malladas, el tiempo necesario para la coordinación, la comprobación de aislamiento y la evaluación a menudo no está justificado por razones económicas. Los RCM son dispositivos de monitorización de medición pasiva – esta fuente de fallo está excluida. Los RCM pueden encargarse de la tarea de detectar la degradación del aislamiento a un coste técnica y económicamente aceptable.
En redes extensas, grandes secciones de conductores y redes malladas, el tiempo necesario para la coordinación, la comprobación de aislamiento y la evaluación a menudo no está justificado por razones económicas. Los RCM pueden encargarse de la tarea de detectar la degradación del aislamiento a un coste técnica y económicamente aceptable.
Las comprobaciones periódicas son muy a menudo meramente aleatorias. No son representativas y pueden mostrar valores diferentes debido a las condiciones climáticas, por ejemplo. Los RCM monitorizan en línea. Cuando se registran y evalúan valores medidos, se puede realizar un análisis de tendencias y una declaración sobre fallos futuros. Los defectos que representen un peligro para personas, animales de granja y bienes materiales se deben subsanar de inmediato.
Los equipos electrónicos pueden resultar dañados por la tensión de prueba si el conductor neutro no está desconectado o si hay acoplamientos presentes, por ejemplo, debido a fallos de aislamiento. En estos casos, existe el riesgo de que la tensión de prueba del dispositivo de medición de aislamiento se produzca en las bornas de entrada de los equipos. No es necesaria una separación del conductor N. Se puede prescindir de bornas desconectadoras de conductor N.
Problemas de desconexión internos; no se comprueban todas las partes de la instalación. No es necesaria una desconexión.
Influencia en los procedimientos operativos y los costes por inactividad a causa d desconexiones. Sin costes por inactividad.
Conexión de la borna desconectadora de conductor N como punto de peligro para interrupción u olvido de la conexión después de la medición. No es necesario utilizar bornas desconectadoras de conductor N.
Se sabe que las bornas desconectadoras de conductor N son un punto débil con elevadas corrientes armónicas. Una interrupción provoca un aumento de tensión. No es necesario utilizar bornas desconectadoras de conductor N.
En estado sin tensión, las mediciones solo pueden realizarse hasta el contactor de seccionamiento. Los RCM miden la instalación completa, incluidos los equipos fijos y móviles conectados.
Si se comprueban conjuntamente las resistencias de aislamiento de varios circuitos, pueden pasar desapercibidos acoplamientos de diferentes circuitos. Las posibles consecuencias son tensiones inversas y restricciones de la función RCD. Los RCM detectan dichos acoplamientos cuando se monitoriza individualmente cada circuito.
Ningún resultado de medición revelador si hay presentes descargadores de sobretensiones.  

Tester

Desventajas de la medición de aislamiento con tensión de medición de CC Ventajas de mediciones con RCM
Elevada necesidad de personal y un factor de coste considerable  
Se requieren operarios cualificados y competentes (personas capacitadas) de los dispositivos de comprobación. Deben estar familiarizados con los requisitos y normas de seguridad pertinentes, con las instrucciones internas y con peligros asociados a los trabajos. Debe haber formadas suficientes personas que realizan trabajos en instalaciones eléctricas para que puedan prestar primeros auxilios. Se necesita una documentación correcta, pero en muchos casos no está disponible. No se necesitan operarios especializados y expertos para la monitorización. Solo se necesita un técnico electricista cuando se produce una superación de valores límite de la corriente de falla.
Peligros y cargas del comprobador: 1. Preparación inadecuada, improvisación peligrosa, trabajo bajo presión de tiempo 2. Trabajo con dispositivos de protección desconectados o desmontados 3. Trabajo en condiciones ambientales difíciles 4. Trabajo en conductores 5. Trabajo bajo tensión o en las proximidades de conductores bajo tensión. Ningún peligro

Further distinctive features

Otros rasgos distintivos de la medición RCM Ventajas de la medición de aislamiento con tensión de medición de CC
El fallo de aislamiento entre conductores activos no se detecta. Los fallos de aislamiento entre N y PE se pueden medir si hay consumidores conectados y activados. Se puede medir.
Los RCM solo pueden utilizarse en sistemas TN-S y no en sistemas TN-C. Puede utilizarse en todas las formas de red.
Debido al valor de respuesta, no detectan fallos de aislamiento de alta resistencia según DIN EN 5110-1 (VDE 0105-1):2014-02. Valor de respuesta a partir de aprox. 5 mA: Pueden medirse fallos de aislamiento menores de 40 kΩ entre fase y tierra.
Detecta solo fallos de aislamiento capacitivos y resistivos asimétricos. En la comprobación del aislamiento se registran fallos de aislamiento resistivos simétricos y asimétricos. Las corrientes de falla capacitivas no suponen un peligro de incendio, ya que se distribuyen de manera uniformemente a lo largo del cable.
Todavía no hay valores de respuesta normalizados. Los valores de respuesta pueden variar mucho dependiendo de la capacidad de derivación de red y del sistema. La selección del valor de respuesta correcto debe ser realizada por un electricista cualificado. Los valores mínimos de la resistencia de aislamiento se especifican en DIN VDE 0100-600 (VDE 0100-600): 2017-06, Tabla 6.1.
Se puede utilizar de forma condicionada en partes de la instalación en las que no hay conductores protectores. Para evaluar con seguridad la resistencia de aislamiento, siempre se debería incluir PE.  
En sistemas de TI, la corriente de falla no puede asignarse a un fallo de aislamiento después del transformador de corriente de medición. Se puede utilizar en todas las formas de red.

Resumen

Dentro de las instalaciones y equipos eléctricos fijos, los sistemas de monitorización de corriente diferencial ofrecen una posibilidad óptima de evaluar la degradación del aislamiento. Las corrientes de falla medidas se pueden asignar claramente a los respectivos circuitos. De este modo, es posible realizar una evaluación del estado técnico de seguridad de la instalación. El método de medición de los dispositivos de monitorización de corriente diferencial (RCM) que se van a utilizar y la instalación del transformador de corriente de medición deben seleccionarse específicamente para el sistema. En el marco de la monitorización continua, estos equipos de monitorización pueden garantizar la comprobación metrológica "continua" exigida. Del mismo modo, en el caso de circuitos monitorizados por sistemas de monitorización de corriente diferencial, se registra metrológicamente y se visualiza la conexión de equipos eléctricos guiados a mano defectuosos y, en caso necesario, se desconecta el circuito. Esto presupone que los valores límite permitidos de la corriente diferencial sean especificados por un electricista cualificado para el sistema específico.

La documentación temporal y la representación gráfica del comportamiento del sistema, por ejemplo, la reducción o el aumento de las corrientes diferenciales, permiten definir plazos de comprobación adecuados para los equipos eléctricos que se van a conectar. Si se determina en términos organizativos qué equipos deben utilizarse por razones internas, los intervalos de comprobación podrán corregirse sobre la base de los resultados de medición. La experiencia práctica hasta la fecha ha demostrado claramente que este método de medición permite asignar las distintas comprobaciones recurrentes de forma personalizada y cumplir así con el objetivo de protección del BetrSichV"Determinación de intervalos de comprobación relacionados con los peligros".

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